KR100739161B1 - 전구 편심형 무전극 조명기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전구 편심형 무전극 조명기기에 관한 것으로서, 케이싱 내에 설치되며, 마이크로파를 생성하는 마그네트론과; 메쉬형의 중공체로서 내부에 형성된 공간에 상기 마이크로파를 가두면서 빛은 투과시키는 공진기와; 상기 공진기가 형성하는 공간에서 상기 공진기의 중심축에 대하여 편심되게 배치되며, 내부에 봉입된 발광물질이 상기 마이크로파에 의해 플라즈마화 하면서 빛을 발생시키는 무전극 전구를 포함하여 구성됨으로써, 공진기에 대한 빛의 투과율을 높여서 무전극 조명기기의 발광효율을 개선할 수 있게 한다.

Description

전구 편심형 무전극 조명기기{PLASMA LIGHTING SYSTEM HAVING AN ECCENTRIC BULB}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전구 편심형 무전극 조명기기의 종단면도이고,

도 2는 종래와 본 발명에 따른 공진기와 무전극 전구의 배치 관계를 비교하기 위한 개념도이며,

도 3은 도 1의 전구 편심형 무전극 조명기기에 대한 변형예를 도시한 종 단면도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1: 케이싱 2: 마그네트론

4: 도파관 5,5': 무전극 전구

5a, 5'a: 발광부 5b, 5'b: 지지부

5'b': 절곡부 6: 공진기

7: 반사갓 8: 유전체 거울

11: 전구모터

본 발명은 조명기기에 관한 것으로, 특히 마이크로파를 발생시켜 무전극 전구 내에 봉입된 발광물질을 발광하게 함으로써 빛을 발생시키는 무전극 조명기기에 관한 것이다.

일반적으로 무전극 조명기기(PLS : Plasma Lighting System)는 전자레인지에 주로 사용되고 있는 마그네트론을 이용하여 마이크로파를 발생시키고 이러한 마이크로파가 무전극 전구 내 버퍼가스(buffer gas)를 플라즈마 상태로 만들어서 금속화합물이 빛을 연속적으로 발산하도록 함으로써 전극 없이도 뛰어난 광량의 빛을 제공할 수 있는 조명기기이다.

이러한 무전극 조명기기에 있어서, 공진기는 무전극 전구를 감싸도록 배치되는 중공체이다. 그에 따라 마그네트론에서 생성되어 전달되는 마이크로파가 공진기 내에서 공진하면서 무전극 전구 내에 봉입된 발광물질을 발광시킨다. 동시에 공진기는 그러한 발광을 통한 빛을 투과시켜야 하므로 빛에 대한 투과성이 높을수록 유용하다. 그만큼 무전극 조명기기의 발광효율이 높아지기 때문이다.

또한, 공진기는 빛과 반대로 마그네트론에서 전달받은 마이크로파에 대해서는 누설을 최대로 차단하는 것이어야 한다. 이러한 마이크로파는 공진기 내에서 전자계를 형성하여 그 내부에 놓이는 무전극 전구에서의 플라즈마 방전을 일으키는 것이기에, 효율적 방전을 위해서는 마이크로파가 공진기 내에 많이 존재할수록 유리하기 때문이다.

공진기의 설계에 있어서 위와 같은 두 가지 설계상 고려사항은 서로 상충되 는 것이다. 빛의 투과성을 높이기 위해서는 공진기는 오히려 없는 것이 유리하고(transparent), 마이크로파의 누설을 차폐하기 위해서는 공진기는 무전극 전구를 완전하게 감싸는 솔리드 메탈(solid metal)인 것이 바람직하기 때문이다.

상충되는 위의 두 가지 고려사항을 절충하여, 실린더 형태로서 일정한 개구율을 가지고서 개구된 메탈 메쉬(metal mesh)형인 공진기가 일반적으로 사용되고 있다.

이러한 메탈 메쉬형의 공진기에 대하여, 무전극 전구에서 발광한 빛은 공진기의 표면에서 일부 흡수되고 일부는 그를 투과하며 또 다른 일부는 반사되어 무전극 전구로 되돌아 온다. 이렇게 무전극 전구로 되돌아 온 빛은 무전극 전구에서 일정 부분 흡수되어 공진기를 투과하지 못하게 된다.

따라서, 위와 같은 메쉬형의 공진기에 있어서 그 표면에서 반사되어 무전극 전구로 돌아와서 흡수되는 빛의 양을 저감해서 무전극 조명기기의 발광효율을 보다 높여야 한다는 요구가 끊임없이 이어지고 있다.

상기와 같은 요구를 감안하여 안출한 것으로, 본 발명은 공진기를 통한 빛의 투과율을 극대화하여 발광효율을 개선할 수 있는 전구 편심형 무전극 조명기기를 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 공진기를 통한 빛의 투과율을 극대화하면서도 무전극 전구 주변의 기류를 강하게 교반하여 무전극 전구의 손상을 방지할 수 있는 전구 편심형 무전극 조명기기를 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전구 편심형 무전극 조명기기는 케이싱 내에 설치되며, 마이크로파를 생성하는 마그네트론과; 메쉬형의 중공체로서 내부에 형성된 공간에 상기 마이크로파를 가두면서 빛은 투과시키는 공진기와; 상기 공진기가 형성하는 공간에서 상기 공진기의 중심축에 대하여 편심되게 배치되며, 상기 마이크로파에 의해 플라즈마화 하면서 빛을 발생시키는 발광물질이 내부에 봉입된 무전극전구를 이루어진다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전구 편심형 무전극 조명기기에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전구 편심형 무전극 조명기기의 종단면도이다.

본 도면에 예시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전구 편심형 무전극 조명기기는 마이크로파를 생성하는 마그네트론(2)과, 메쉬형의 중공체인 공진기(6)와, 공진기(6) 내에서 그 중심축(C)에 대하여 편심되어 배치되는 무전극 전구(5)를 포함한다.

마그네트론(2)은 케이싱(1) 내부에 배치되며, 고압발생기(3)에 의해 고압으로 승압되는 상용 교류전원을 공급받아 마이크로파를 발생시킨다. 이러한 마이크로파는 도파관(4)을 통하여 무전극 전구(5)에 전달한다.

무전극전구(5)는 마그네트론(2)에 의해 생성된 마이크로파를 전달받아 발광하는 금속, 할로겐족 화합물, 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질이 내부에 봉입되는 발광부(5a)와, 발광부(5a)에서 직선으로 연장하여 전구모터(11)에 결합되는 지지부(5b)로 구성된다. 지지부(5b)는 연결부재(10)를 통해 전구모터(11)의 회전축(11')에 결합되고, 전구모터(11)의 구동으로 회전축(11')이 회전함에 따라 발광부(5a)가 회전할 수 있게 한다.

공진기(6)는 도파관(4)의 개구된 슬롯을 감싸도록 배치되는 중공형의 메쉬 메탈이다. 통상은 은으로 형성되며, 그 내부에 마이크로파는 가두면서 빛은 투과시킨다. 공진기(6)의 내부 공간에는 무전극 전구(5)가 그 중심축(C)에 대하여 편심되게 배치된다.

나아가, 반사갓(7)은 반구 형상을 가지며 무전극 전구(5)를 감싸도록 배치되고, 유전체거울(8)은 무전극 전구(5) 후방 측의 공진기(6) 내부에 장착된다. 또한, 냉각팬(9)은 케이싱(1)의 일측에 팬모터(12)에 의해 회전 가능하게 구비된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전구 편심형 무전극 조명기기는 다음과 같이 동작한다.

제어부의 지령에 따라 마그네트론(2)은 고압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 마이크로파를 생성하고, 이 마이크로파는 도파관(4)을 통해 공진기(6) 내부로 방사하면서 무전극 전구(5) 내에 봉입된 불활성가스를 여기(exiting)시킨다. 이 과정에서 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하고, 이 빛은 반사갓(7)과 유전체거울(8)에 의해 전방으로 반사되면서 공간을 밝힌다.

이때, 전구모터(11)에도 전원이 인가되어 회전축(11')이 회전을 하면서 무전극 전구(5)를 소정의 속도로 회전시킴으로써 무전극 전구(5)의 발광부(5a)에 전계 가 집중되는 것을 방지하는 동시에 발광부(5a) 주변의 기류가 정체되는 것을 방지하여 무전극 전구(5)의 손상을 방지하는 것이었다. 또한 팬모터(12)는 냉각팬(9)을 회전시켜 유입되는 공기를 통하여 마그네트론(2)과 고압발생기를(3) 냉각한다.

이러한 무전극 조명기기의 작동 과정에서 무전극 전구(5)가 공진기(6)의 중심축(C)에서 편심되게 배치됨으로 인하여 무전극 전구(5)에서 발생된 빛이 공진기(6)를 더 잘 투과하게 된다.

이에 대해서는 도 2를 통해 뒷받침하고자 한다.

도 2는 종래와 본 발명에 따른 공진기와 무전극 전구의 배치 관계를 비교하기 위한 개념도이다.

본 도면에 예시된 바와 같이, 무전극 전구(5)가 공진기(6)의 중심축(C)에 일치하게 배치되어 그 중심에 위치하는 경우에는 무전극 전구(5)에서 발생한 빛이 공진기(6)를 향하여 반경방향으로 진행하다가 공진기(6)의 표면에서 반사되어 동일한 경로로 되돌아 오게 된다. 그에 따라 되돌아온 빛은 무전극 전구(5)에서 흡수되게 되므로 공진기(6)를 투과하는 빛의 양은 줄어들게 되는 것이다{도 3의 (a) 참조}.

그러나, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서와 같이 무전극 전구(5)가 공진기(6)의 중심축(C)에서 편심되어 그 중심에서 이격된 위치에 배치되는 경우라면 무전극 전구(5)에서 발생된 빛은 반드시 반경방향으로 진행하지 않는다. 그에 따라 무전극 전구(5)로 돌아오는 빛의 양은 앞선 경우보다 작아지며 공진기(6)를 투과하는 빛의 양은 많아지게 된다. 이렇게 공진기(6)에서의 빛의 투과량이 증가함에 따라 무전극 전구(5), 나아가 무전극 조명기기의 발광효율이 더 높아지는 것이다.

이제, 이러한 발광효율의 증대에 대하여 실험예를 통하여 살펴 본다.

<실험예>

무전극 전구(5) 내에서 형성되는 플라즈마의 광 흡수 계수(light absorption coefficient)는 약 0.2~0.5이고, 공진기(6)는 은 소재의 메탈 메쉬이다. 공진기(6)의 광 반사 계수(light reflection coefficient)는 0.98이다. 나아가, 공진기(6)의 반경은 38mm이다.

이러한 실험에서는 다음 표와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

전구의 편심 정도	공진기 중심	2.5%(1mm) 편심	5%(2mm) 편심
투과 광속(lm)	1119	1140	1150
투과율[%]	100.0(기준)	101.9	102.8

위의 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 무전극 전구(5)가 공진기(6)의 중심축(C)에서 2.5%, 5% 편심되어 배치될수록 공진기를 투과하는 총광속은 1119(lm)에서 1140(lm), 1150(lm)으로 증가함을 알 수 있다.

나아가, 공진기(6)에 대한 빛의 투과율은 무전극 전구(5)가 공진기(6)의 중심축(C)에 배치된 경우를 100(%)로 했을 때에 비하여 101.9(%), 102.8(%)로 증가됨을 확인할 수 있다.

이러한 실험을 바탕으로 무전극 전구(5)를 공진기(6)의 중심축(C)에서 편심함에 따른 광투과율의 개선이라는 유리한 결과를 얻을 수 있음을 명확히 확인할 수 있다.

다음으로, 앞선 실시예에 대한 변형예에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 도 1의 전구 편심형 무전극 조명기기에 대한 변형예를 도시한 종 단면도이다. 본 도면에서 도 1과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 그에 관한 구체적인 설명은 생략한다.

본 도면에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전구 편심형 무전극 조명기기에서 발광물질 등이 봉입된 발광부(5'a)는 절곡되어 연장하는 지지부(5'b)에 의해 공진기(6)의 중심축(C)에서 편심되게 배치될 수 있다.

다시 말해서, 무전극 전구(5')의 발광부(5'a)에서 연장하는 지지부(5'b)는 앞선 실시예와 달리 직선으로 연장하는 것이 아니고 절곡부(5'b')를 개입시켜서 연장한다.

그에 따라, 지지부(5'b)는 공진기(6)의 중심축(C)에 배치되는 경우라도 발광부(5'a)는 그에서 편심되어 배치된다. 결과적으로 앞선 실시예와 같이 공진기(6)에 대한 빛의 투과율이 향상되는 것이다.

이에 더하여, 절곡부(5'b')를 개재함으로 인하여, 발광부(5'a)가 공진기(6)의 중심축(C)에서 편심된 간격만큼의 회전 반경을 가지게 된다. 앞선 실시예의 경우에서는 전구모터(11)에 의해 회전하는 발광부(5a)가 자전하는 형태였으나, 본 변형예에서의 발광부(5'a)는 일정한 회전 반경을 가지고서 공진기(6) 내에서 회전하게 된다.

이와 같이 발광부(5'a)가 일정한 회전 반경을 갖게 됨에 따라, 무전극 전구(5')의 발광부(5'a) 주위에 정체된 기류가 보다 강하게 교반될 수 있게 된다. 그 에따라, 기류의 정체로 인한 무전극 전구(5'), 특히 발광부(5'a)의 손상에 대한 개연성이 보다 낮아지게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전구 편심형 무전극 조명기기는 무전극 전구, 특히 발광부가 공진기의 중심축에서 편심됨으로 인하여 그에서 발생되는 빛이 공진기의 표면에서 반사되어 다시 흡수되는 비율이 낮아짐으로써 빛의 투과량이 증대되어 발광효율이 개선된다.

또한, 발광부에서 절곡되어 연장하는 지지부를 채용하는 경우에는 발광부가 일정 거리의 회전 반경을 가지고서 회전할 수 있게 됨으로 인하여 발광부 주변에 정체된 기류를 강하게 교반할 수 있어서 발광부의 손상 가능성을 더 낮출 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 케이싱 내에 설치되며, 마이크로파를 생성하는 마그네트론과;

   메쉬형의 중공체로서 내부에 형성된 공간에 상기 마이크로파를 가두면서 빛은 투과시키는 공진기와;

   상기 공진기가 형성하는 공간에서 상기 공진기의 중심축에 대하여 편심되게 배치되며, 상기 마이크로파에 의해 플라즈마화 하면서 빛을 발생시키는 발광물질이 내부에 봉입된 무전극전구를 포함하여 이루어지는 전구 편심형 무전극 조명기기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 무전극전구는 상기 마이크로파에 의해 플라즈마화 하면서 빛을 발생시키는 발광물질이 내부에 봉입된 발광부와, 상기 발광부에서 연장하는 지지부로 이루어지고,

   상기 지지부가 절곡 형성되으로써 상기 발광부가 상기 공진기의 중심축에 대하여 편심되어 회전 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 전구 편심형 무전극 조명기기.

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